1 Uvod
Prenos govora po paketnih omrežijih z internetnim pro-
tokolom (VoIP - Voice over IP) je možnost za konver-
genco klasičnih telefonskih storitev s storitvami sodob-
nih omrežij IP, ki omogoča uporabo številnih aplikacij iz
sveta IP v okviru koncepta omrežij naslednje generacije
(NGN - Next Generation Networks). Omrežja IP imajo
v primerjavi s klasičnimi telefonskimi omrežji izrazito
pomanjkljivost: prenašanim podatkom sama po sebi ne
zagotavljajo kakovosti storitev (QoS - Quality of Ser-
vice). Zaradi te pomanjkljivosti prenašani podatki pri
prehajanju skozi omrežje občutijo različne vplive, ki se
kažejo kot motnje pri reproduciranju govora na strani
uporabnikov.
Za upravljavca omrežja je torej nujno, da ima
možnost nadzirati kakovost prejete govorne storitve
uporabnikov, še posebno pa je dobrodošlo, če je tovrstni
nadzor kakovosti izveden v telefonskem vozlǐsču, ker to
omogoča avtomatsko in dosledno zbiranje in shranje-
vanje podatkov za vse vzpostavljene zveze. Zbrani po-
datki o kakovosti omogočajo alarmiranje upravljavcev
in posledično izvedbo ustreznih akcij za izbolǰsanje
kakovosti ter so osnova za analizo, načrtovanje in vo-
denje telekomunikacijskega omrežja.
160 Humar, Lamovšek, Bogataj, Meglič, Bešter
Potrebno je, da sistem za nadzor kakovosti upošteva
čim širši spekter vplivov paketnih omrežij na kakovost
govora. V tej luči v drugem poglavju najprej pred-
stavimo vplive paketnih omrežij na prenašane po-
datke. V tretjem poglavju predstavimo metode, ki
so bile razvite in standardizirane za vrednotenje pre-
jete kakovosti govora. V četrtem poglavju se osre-
dotočimo na E-model, ki se pogosto uporablja za mer-
jenje kakovosti in je za izvedbo v telefonskem voz-
lǐsču izbran zato, ker omogoča najpreprosteǰso imple-
mentacijo. Njegova pomanjkljivost je, da ne omogoča
vrednotenje vpliva potresavanja na oceno kakovosti.
Zato ga v tem pogledu nadgradimo v model z razširjeno
funkcionalnostjo, ki ga v prispevku poimenujemo nad-
grajeni E-model. Ta model je v praksi implementiran
v telefonsko vozlǐsče. Evalvacija, predstavljena v pe-
tem poglavju, je bila izvedena v sintetičnem okolju po
primerjalni metodi z referenčno merilno opremo za mer-
jenje kakovosti govora v paketnem omrežju. V šestem
poglavju predstavimo rezultate evalvacije; sledi sklep.
2 Vplivi omrežja na prenašane podatke
Na postopek prenosa govornih podatkov v paketnih
omrežjih med izvorom in ponorom vplivajo različni de-
javniki: kodiranje, način zlaganja zajetih govornih po-
datkov v okvire in vpliv omrežja na prenos samih pake-
tov. Prva dva vpliva sta stalna in za konkretne kodeke
oziroma vrste uokvirjanj tudi vnaprej določljiva; po-
drobneje pa opǐsimo vplive, ki jih vnašajo paketna
omrežja in ki neposredno vplivajo na zaznano kakovost
govornega signala, torej zakasnitev, potresavanje zakas-
nitve, izgubljanje paketov in podvajanje paketov.
Zaradi načina delovanja omrežij IP se paketi, ki po-
tujejo skoznje, zakasnijo (slika 1). Zakasnitev je sestav-
ljena iz prispevka algoritemske zakasnitve, procesne za-
kasnitve in zakasnitve prenosa po omrežju. Algoritem-
ska zakasnitev je vsota zakasnitve samega okvira in za-
kasnitve predvpogleda v naslednji okvir, torej prispevek
v skupni velikosti 10 − 30 ms. Procesna zakasnitev
je čas, potreben za izvedbo kodiranja in združevanja
vzorcev v paket. Odvisna je od zmogljivosti proce-
sorja in od tipa paketizacije (10 ms, 20 ms, 30 ms).
Zakasnitev prenosa je odvisna od uporabljenih fizičnih
medijev, protokolov za prenos podatkov in uporabljenih
predpomnilnikov za izločanje potresavanja zakasnitve.
Slika 1. Zakasnitev paketov
Zakasnitve povzročajo dve neprijetnosti: odmev
in prekrivanje govora. Za sogovornika so nemoteče
zakasnitve velikosti 0 − 15 ms, zakasnitve do 150 ms
zahtevajo nadzor odmeva, pri zakasnitvah v območju
200 − 400 ms je prekrivanje opazno, a nemoteče, zakas-
nitve, večje od 400 ms, pa otežujejo interaktivni pogovor
in zahtevajo uporabo pogovornih pravil.
Zakasnitev ponavadi ni za vse pakete enaka (slika 2).
To pomeni, da zaporedno oddani paketi k ponoru ne
pridejo z enakimi časovnimi razmiki, kot jih je oddal
izvor. Še več, paketi včasih prispejo celo v drugačnem
vrstnem redu. Spremenljiva zakasnitev se imenuje
potresavanje zakasnitve (ang. jitter). Vzrok za potre-
savanje zakasnitve so spreminjajoče se dolžine čakalnih
vrst v stikalih in usmerjevalnikih, različne poti, po ka-
terih potujejo posamezni paketi, in okvare v omrežju
zaradi nasičenosti ali izpada povezav.
Slika 2. Potresavanje zakasnitve paketov
Interaktivne govorne storitve v nasprotju z zgoraj
predstavljenimi zmožnosti paketnih omrežij zahtevajo
konstantno (in čim manǰso) zakasnitev, saj govorni
predvajalniki za kontinuirano predvajanje potrebujejo
konstanten tok glasovnih okvirov. Če v trenutku pred-
vajanja kateri izmed paketov (še) ni bil dostavljen, pride
do napake, ki se odraža v slabši kakovosti govora. Pre-
pozno dostavljen paket povzroči povsem enak rezultat
kot izgubljen paket.
Vpliv potresavanja zakasnitve se odpravlja s pred-
pomnilnikom, v katerem se paketi zberejo, razporedijo
v pravilno časovno zaporedje in čakajo na dostavo pred-
vajalniku v obdelavo. Pristop omogoča enakomerno in
kontinuirano predvajanje govora, ima pa slabo stran, ker
za odpravo potresavanja vnaša še dodatno zakasnitev.
Omenili smo že, da izgubljeni paketi (slika 3) vpli-
vajo na kakovost sintetiziranega govora. Problematiko
izgubljanja paketov na splošno sicer odpravlja trans-
portni nivo (npr. TCP - Transport Control Protocol),
vendar pa je ta – zaradi zahteve govorne komunikacije za
delovanje v realnem času – nemočen in neuporaben, saj
ponovno poslani paketi navadno k sprejemniku prispejo
prepozno za reprodukcijo.
Slika 3. Izgubljanje paketov
Na splošno velja ocena [11], da je izguba govornih
paketov nad 10 % nedopustna, za uporabnike pa je
lahko neprijetna že 5-odstotna izguba paketov. Po-
datek o povprečnem odstotku izgubljenih paketov pa
sam po sebi ni dovolj zgovoren, ker je pomembneǰsa kot
odstotek tudi porazdelitev izgubljenih paketov: govor je
namreč veliko bolj občutljiv na izgube v izbruhih kot pa
na enakomerno porazdeljene izgube.
Nadgradnja E-modela za objektivno ocenjevanje vpliva potresavanja na zaznano kakovost govora... 161
Aplikacije se na izgubljene pakete odzivajo na raz-
lične načine: (a) izgubljen paket se preprosto ne pred-
vaja, temveč se v primeru njegove odsotnosti predvaja
tǐsina; (b) izgubljen paket nadomesti njemu predhodni
paket, torej se isti del govora predvaja dvakrat. Ta
metoda je preprosta, učinkovita in deluje, dokler ni
izgubljenih paketov veliko in se ti ne pojavljajo zapore-
doma.
Kot zadnji vpliv predstavimo še podvajanje pake-
tov (slika 4), do česar lahko pride ob uporabi pro-
tokolov za zagotavljanje zanesljivega prenosa podatkov
s potrjevanjem (npr. protokol TCP). Lahko se zgodi,
da se potrditev, s katero sprejemnik oddajniku potrdi
sprejem paketa, med prenosom izgubi; zato oddaj-
nik ponovno pošlje že poslani paket. Sprejemnik,
ki sprejme dva enaka paketa, nastali problem iden-
tificira tako, da primerja zaporedni številki prispelih
paketov s pričakovano zaporedno številko in podvojen
paket zavrže. Ker se pri prenosu govora v paketnih
omrežjih navadno ne uporabljajo protokoli za zagotav-
ljanje zanesljivega prenosa podatkov, se podvojeni
paketi ne pojavljajo.
Slika 4. Podvajanje paketov
Predstavili smo osnovne vplive na pretok podatkov,
ki jih vnese omrežje IP, niso pa znane neposredne fun-
kcijske odvisnosti prejete kakovosti govornega signala od
opisanih motenj. Za potrebo vrednotenja teh odvisnosti
se razvijajo pristopi vrednotenja zaznane kakovosti go-
vornega signala, ki so temelj za pridobivanje podatkov,
gradnjo modelov, podporo pri načrtovanju, upravljanju
in vodenju omrežij ter alarmiranju ob identifikaciji na-
pak v omrežjih. Predstavimo pristope vrednotenja zaz-
nane kakovosti za govorni signal, prenašan po omrežju
IP.
3 Vrednotenje zaznane kakovosti VoIP
Definicija pojma subjektivne ocene zaznane kakovosti
govora določa, da je subjektivna ocena zaznane
kakovosti govorne storitve tista vrednost, ki jo na
lestvici od 1 do 5 oceni statistično povprečen udeleženec
v telefonskem pogovoru [7]. Čeprav ta definicija zbuja
številne pomisleke, saj z njo kakovost govora ni ekzaktno
določena, je subjektivna izvedba najbolj verodostojen
pristop k vrednotenju.
Ker je vrednotenje po tej metodi zamudno in po-
tratno, se ǐsčejo in razvijajo ekvivalentne metode ocenje-
vanja subjektivno zaznane kakovosti govora prek mer-
jenja fizičnih parametrov - t.j. objektivno ocenjevanje
kakovosti.
3.1 Subjektivna ocena zaznane kakovosti
Subjektivna ocena zaznane kakovosti je sestavljena iz
več parametrov in vključuje tako kakovost terminala kot
lastnosti omrežja. Načeloma ločimo dve metodi prido-
bivanja te ocene.
a) Vrednotenje mnenja posameznikov v skladu
s priporočilom ITU-T P.800 [1], ki določa, da
je zmogljivost testiranega sistema lahko vred-
notena neposredno – po kategoriji absolutnih ocen
(ACR - Absolute Category Rating) ali prek vred-
notenja degradacije glede na referenčni sistem
(DCR - Degradation Category Rating). Pri
prvem, pogosteje uporabljanem pristopu, zaznano
kakovost ocenjujemo z oceno MOS (Mean Opi-
nion Score) [2] na lestvici: (1) zelo slabo, (2)
slabo, (3) dobro, (4) zelo dobro in (5) odlično.
Glede na način komunikacije, ki se uporablja pri
testiranju, se vrednotenje subjektivne kakovosti
deli na slušno kakovost in pogovorno kakovost.
Medtem ko drugo vrednotenje temelji na dvos-
merni komunikaciji, zaradi česar daje zgovorneǰso
oceno, prvo vključuje zgolj poslušanje vnaprej pos-
netega govornega gradiva, kar še vedno zadostuje
za vrednotenje nekaterih značilnosti, npr. vpliva
izgubljenih paketov pri predvajanju govora.
b) Metoda ekvivalentnega mnenja nadgrajuje
prej predstavljeno metodo, katere glavna po-
manjkljivost je od pogojev in kraja testiranja
odvisna izmerjena ocena. Od tod izvira želja
po izločitvi vpliva zunanjih pogojev na merjeno
oceno MOS, kar zagotavlja metoda ekvivalentnega
mnenja (Opinion Equivalent-Q Method) [8]. Pri tej
metodi se kakovost testiranega signala primerja s
signalom, popačenim s šumom Q-decibelov in ǐsče
ekvivalentno občutenje zaznane kakovosti. Rezul-
tati so navadno bolj ponovljivi kot pri metodi vred-
notenja mnenja.
3.2 Objektivna ocena zaznane kakovosti
Vrednotenje s subjektivnimi metodami je zamudno in
potratno, zato se razvijajo alternativne metode ocenje-
vanja zaznane kakovosti prek merjenja značilnosti termi-
nalske opreme in omrežja, imenovane objektivne metode.
Razvrstiti jih je mogoče v tri glavne skupine: (a) mnenj-
ski modeli omogočajo določitev ocene za pogovorni
MOS iz parametrov terminala in omrežja, (b)objektivni
modeli govornega nivoja izvedejo oceno na podlagi
govornega signala, uporabljenega za izvedbo meritev
in (c) objektivni modeli paketnega nivoja, ki izvedejo
meritev ocene na podlagi izmerjenih lastnosti paketnega
omrežja. Zadnja dva modela ocenjujeta zgolj slušno
kakovost.
Oglejmo si značilnosti naštetih metod nekoliko
podrobneje in se podrobneje posvetimo E-modelu,
katerega nadgradnjo in praktično implementacijo bomo
predstavili v nadaljevanju.
162 Humar, Lamovšek, Bogataj, Meglič, Bešter
a) Mnenjski modeli so bili prvič predlagani v stan-
dardizacijske postopke ITU-T že leta 1980. Nji-
hov osrednji predstavnik – E-model, standardiziran
v devedesetih letih, je sestavljen iz vsote dvajse-
tih parametrov, kot so zakasnitev, odmev, glas-
nost, napake, ki izvirajo iz kodiranja govora, bit-
nih napak ali izgube paketov in so odgovorni za
degradacijo kakovosti, skupaj zbranih v faktorju
poslabšanja opreme. Ta faktor se odšteje od re-
ferenčne vrednosti. Dobljeni rezultat se imenuje
R-vrednost in je v korelaciji z oceno pogovornega
MOS in je uporaben parameter za nadzor kakovosti
v omrežju v skladu s priporočilom G.107, žal pa ni
nujno dobra ocena za subjektivno zaznano kakovost
VoIP.
b) Objektivni modeli govornega nivoja delu-
jejo tako, da v testiran sistem injicirajo refe-
renčni govorni signal, prejet rezultat pa primer-
jajo z referenco. Prve standardizirane verzije
(P.861, Perceptual Speech Quality Measure) so
bile sposobne vrednotiti samo neprekinitvene mot-
nje in so odpovedale v primeru izgube paketov,
zato se je pozneje razvil standard P.862 (Percep-
tual Evaluation of Speech Quality), ki odpravlja
navedeno pomanjkljivost in omogoča testiranje
pri uporabi specifične terminalne opreme ali pri
izračunih upošteva standardno terminalno opremo.
c) Objektivni modeli paketnega nivoja ponujajo
možnost vrednotenja kakovosti, temelječ izključno
na (objektivno izmerjenih) podatkih omrežnega
nivoja; pri tem pa ni potrebno, da analizirani
paketi prenašajo govorne podatke. Pristop objek-
tivnega ocenjevanja na podlagi podatkov paketnega
nivoja se imenuje PVTQ, konkretna predstavnika
pa sta PsyVoIP [5] in VQmon [6]. Postopek oce-
njevanja kakovosti temelji na zbiranju podatkov
o številu izgubljenih paketov, vzorcu porazdelitve
izgubljenih paketov, zakasnitvi in potresavanju,
pridobljenih od protokolov RTP in RTCP, ki se
uporabljajo za določitev ocene MOS. Nekatere
podatke je mogoče pridobiti tudi iz razširjenega
poročila RTCP-XR (Extended Report) [12], če je
ta storitev vključena v analiziranem sistemu VoIP.
Problem pristopa objektivnih modelov paketnega
nivoja je v tem, da ne morejo predvideti, kako bo
terminalska oprema upoštevala pakete različnih za-
kasnitev, ker ne poznajo velikosti predpomnilnika
potresavanja. Nekateri pristopi upoštevajo speci-
fike terminalske opreme prek vnaprej pripravljenih
kalibracijskih datotek, ki se superponirajo h končni
oceni.
4 E-model
Glede na to, da je osnovni cilj implementirati pristop
za celovito vrednotenje vplivov paketnih omrežij na
zaznano kakovost za konkretno telefonsko vozlǐsče z
vnaprej določenim procesorjem in programsko opremo,
pri praktični implementaciji ni smiselno dopolnjevati ali
spremeniti funkcijskih lastnosti celotnega sistema, pač
pa izbrati takšen pristop, da bo omogočil čim lažjo
in učinkovito implementacijo. Zato smo se med pre-
gledanimi rešitvami odločili za E-model, ki je bil v
danem trenutku po vložku najceneǰsa izbira in ni zah-
teval dodatnih strojnih predelav, temveč samo pro-
gramske dopolnitve sistema, zavedajoč se njegove po-
manjkljivosti pri merjenju vpliva potresavanja.
Glede na izbiro bomo v tem poglavju E-model opisali
nekoliko podrobneje in predstavili njegovo razširitev
za merjenja vpliva potresavanja na oceno zaznane
kakovosti govora.
4.1 Predstavitev E-modela
E-model je računski model, ki se relativno pogosto
uporablja pri načrtovanju omrežij za prenos govornega
signala oziroma kot pomoč pri vrednotenju rezultatov
meritev. Standardiziran je v ITU-T G.107 [7]. E-model
temelji na domnevi, da se lahko anomalije pri prenosu
pretvorijo v t.i. psihološke faktorje, ki se na t.i. psi-
hološki lestvici seštevajo. Zato na podlagi karakteristik
prenosnega medija in lastnosti signala, ki se po njem
prenaša, računsko oceni stopnjo zadovoljstva uporab-
nikov govornih storitev na številski lestvici od 0 do 100,
kar pomeni R vrednost :
R = Ro − Is − Id − Ieeff + A, (1)
kjer je parameter Ro osnovna vrednost kakovosti,
določena z razmerjem signal/šum (vključujoč šume na
liniji in v okolici), Is pomeni anomalije, povezane s
prenosom govora: slabljenje signala med usti govorca
in ušesi poslušalca, lokalen presluh in kvantizacijsko
popačenje, Id pomeni anomalije zaradi prevelikih zakas-
nitev: pojava odmeva, idealno izločanje odmeva, Ieeff
je merilo popačenja zaradi zgoščevanja signala, izgub
paketov in ni odvisen le od parametrov omrežja, temveč
tudi od človekovega zaznavanja govora; določen na pod-
lagi ocen MOS. Parametra Ro in Is opisujeta popačenje
prenesenega signala, Id in Ieeff pa lastnosti prenos-
nega medija. Parameter A pomeni stopnjo uporab-
nikove strpnosti do navedenih anomalij, upoštevajoč
druge (ne-tehnične) ugodnosti, ki jih je deležen pri
uporabi določene aplikacije (npr.: toleranco uporabnika
mobilne telefonije, ki je udobje mobilnosti pripravljen
plačati s slabšo kakovostjo govorne storitve).
Ti osnovni parametri so sestavljeni iz pod-
parametrov, od katerih bomo poudarili samo pa-
rameter T , ker ga bomo uporabili pri razširitvi
E-modela za vrednotenje vpliva potresavanja na zaz-
nano kakovost. Parameter T pomeni povprečno za-
kasnitev pri prenosu v eno smer. Kot smo povedali
že v drugem poglavju, signal na poti skozi omrežje
potuje skozi različne naprave, kjer se zadržuje v
čakalnih vrstah, te pa v prenašani govor vnašajo ra-
zlične zakasnitve. Prav tako imajo vgrajene raz-
Nadgradnja E-modela za objektivno ocenjevanje vpliva potresavanja na zaznano kakovost govora... 163
lične predpomnilnike za odpravljanje vplivov potre-
savanja, ki v prenašani govor vnašajo še dodatne
zakasnitve. Ker ne poznamo vplivov posameznih
zunanjih dejavnikov na prenašani signal, je naj-
bolj smiselno združeno upoštevati vpliv zakasnitve
in potresavanja, kot to predlagamo v nadgrajenem
E-modelu.
4.2 Nadgrajen E-model
Z željo po nadgraditvi osnovnega E-modela s funkcional-
nostjo vrednotenja vpliva potresavanja smo v nadgra-
jenem E-modelu [10] razširili pomen parametra T , ki je
naprej vključen v izračun parametra Id (slika 5).
Slika 5. Izračun parametra R po nadgrajenem E-modelu
Nadgrajeni E-model izhaja iz predpostavk, da zakas-
nitvam (med 0 ms in 150 ms) in potresavanjem (med
0 ms in 40 ms) priredimo parameter T med 0 ms in
244 ms (tabela 1). Preostale vrednosti so izračunane
in preverjene na podlagi testiranj [10].
Tabela 1. Predpostavke za nadgrajeni E-model
Parametra T , ki ju dobimo z izračunom vpliva za-
kasnitve in potresavanja, med seboj seštejemo, kot je
razvidno iz slike 5, njuno vsoto pa uporabimo za izračun
Id, po splošni enačbi E-modela [7]. Enačba za izračun
parametra R je sestavljena še iz več podparametrov, ki
so med seboj povezani. Ker so enačbe zahtevne in z
željo, da bi čim manj obremenjevali procesor, so vred-
nosti nekaterih parametrov (Ro in Is) v praktični im-
plementaciji nadgrajenega E-modela na telefonskem vo-
zlǐsču preračunane vnaprej in tabelirane v programski
kodi [9], [10]. Ostane samo še parameter Ieeff , ki ga
izračunamo s pomočjo naslednje enačbe:
Ieeff = Ie + (95 − Ie) ·
Ppl
Ppl + Bpl
. (2)
Za izračun parametra Ieeff (slika 5) potrebujemo
število izgubljenih paketov in podatek o uporabljenem
kodirnem postopku. Z zgoraj navedenim ciljem smo
za najpogosteje uporabljene kodirne postopke, izračune
za ta parameter, izvedli vnaprej. Parameter A je bil
v skladu s predpostavkami E-modela nastavljen na 0.
Zaradi večje zgovornosti rezultata izračunano vrednost
R pretvorimo v oceno MOS po enačbi:
MOS = 1+0, 035·R+7·10−7R·(R−60)·(100−R). (3)
5 Analiza sistema in rezultati
Natančnost delovanja implementiranega sistema za
določanje kakovosti je bila ovrednotena v emulacijskem
okolju po primerjalni metodi z (referenčno) merilno
opremo za merjenje kakovosti govora - Malden DSLA II
(Digital Speech Level Analyzer). Ta omogoča merjenje
kakovosti govora v paketnih omrežjih po metodi z ob-
jektivnim modeliranjem na govornem nivoju: v omrežje
pošilja referenčne govorne vzorce, rezultančne signale pa
primerja z referenčnimi in tako izmeri kakovost govora.
Za primerjanje sta bila uporabljena algoritma PESQ [3]
in P.862.1 [4]. Metoda objektivnih modelov govornega
nivoja je za primerjavo ustrezna zato, ker omogoča
tako meritev vplivov šumov, zakasnitev, izgub, kot tudi
potresavanja zakasnitve, ki je za vrednotenje nadgra-
jenega E-modela še posebno zanimiva.
5.1 Metoda
Scenarij emulacije je prikazan na sliki 6. Povezava vsake
izmed central s paketnim omrežjem je speljana prek
spojnika, stikala in usmerjevalnika. Pri testiranju zveze
je uporabljena paketizacija 30 ms in kodni algoritem
ITU-T G.711. Preostalo zakasnitev doda procesiranje
in usmerjanje na telefonskem vozlǐsču, v stikalih in na
usmerjevalniku.
Testiranje izvaja programska oprema, ki av-
tomatično kliče ciljno številko in tako vzpostavlja
povezave med telefonskima centralama. Pri testiranju
so bili uporabljeni ženski in moški govorni vzorci v raz-
ličnih jezikih (angleški, nemški, italijanski ipd.), raz-
ličnih dolžin in amplitud. Po vsaki vzpostavljeni zvezi
se na centrali izračuna ocena MOS, hkrati pa se pre-
nese podatek o kakovosti, izmerjeni na referenčnem
inštrumentu. Oba podatka se shranita v datoteko in se
pozneje primerjata med seboj z namenom, da se preveri
ujemanje izračunanega parametra zaznane kakovosti po
nadgrajenem E-modelu.
Rezultati so analizirani ločeno za različne vplive.
a) Vpliv zakasnitve. Za verifikacijo smo najprej
preverili pravilnost izračuna ocene MOS, tako da
v omrežje nismo vnašali dodatne zakasnitve, torej
so na kakovost govora vplivali samo tisti dejavniki,
ki so bili prisotni v samem omrežju IP. V ta na-
men smo na emulatorju vse vrednosti nastavili na
nič; referenčna merilna oprema je izmerila zakas-
nitev 99 ms, nadgrajeni E-model, implementiran v
164 Humar, Lamovšek, Bogataj, Meglič, Bešter
Slika 6. Vrednotenje delovanja sistema
telefonskem vozlǐsču pa 89 ms. Nato smo korakoma
povečevali dodano zakasnitev od 0 ms do 400 ms ter
beležili izmerjeno (PESQ, P.862.1) in izračunano
oceno MOS pri vseh zakasnitvah; rezultati so zbrani
v grafu 1. Očitno je, da vse tri vrednosti dobro sov-
padajo.
Slika 7. Graf 1: Primerjava odvisnosti MOS od zakasnitve
b) Vpliv izgubljanja paketov. Na emulacijskem
sistemu smo nastavili naključno izgubljanje pake-
tov, začenši z enim odstotkom in korakoma do deset
odstotkov. Rezultati za izračunano oceno MOS in
izmerjeni oceni PESQ in P.862.1 so zbrani v grafu 2.
Opazimo lahko, da se krivulje gibljejo vzporedno,
izračunani MOS pa je po vrednosti nižji od refe-
renčnih vrednosti, ker smo v nadgrajeni E-model
vgradili strožji kriterij glede izgubljanja paketov.
Slika 8. Graf 2: Primerjava odvisnosti MOS od odstotka
izgubljenih paketov
c) Vpliv potresavanja zakasnitve Le-tega ni
mogoče meriti samostojno, ampak ob hkrati nas-
tavljeni zakasnitvi. Predstavili bomo tri primer-
jave, izračunane (E-model) in izmerjene (PESQ,
P.862.1) ocene MOS pri naslednjih vrednostih:
– zakasnitev 100 ms, potresavanje 10 − 30 ms,
graf 3;
– zakasnitev 200 ms, potresavanje 10 − 40 ms,
graf 4;
– zakasnitev 300 ms, potresavanje 10 − 50 ms,
graf 5.
Slika 9. Graf 3: Primerjava odvisnosti MOS od potresavanja
(pri zakasnitvi 100 ms)
Slika 10. Graf 4: Primerjava odvisnosti MOS od potresa-
vanja (pri zakasnitvi 200 ms)
Vsem trem grafom je skupno to, da ocena, izmerjena
po metodi P.862.1 (razen pri nižjih vrednostih potresa-
vanja), odstopa navzdol, zaradi strožjega upoštevanja
potresavanja v algoritmih izračuna, kot pri drugih
dveh metodah. Ocena, izmerjena po metodi PESQ in
izračunana z nadgrajenim E-modelom, povečini sovpa-
data. Odstopanja opazimo predvsem pri velikih zakas-
nitvah, kjer pridejo do izraza različnosti algoritmov za
izračun ocene MOS.
6 Sklep
Trendi narekujejo prehajanje govornih komunikacij na
paketna omrežja, kar omogoča razvoj novih storitev
Slika 11. Graf 5: Primerjava odvisnosti MOS od potresa-
vanja (pri zakasnitvi 300 ms)
(Next Generation Networks, IP Multimedia Subsys-
tem). Paketna omrežja niso pisana na kožo tovrstni
komunikaciji: zaradi obdelave podatkov vnašajo do-
datne zakasnitve, potresavanje ter izgube in podva-
janje paketov, kar povzroča probleme pri zagotavljanju
kakovosti govornim storitvam. Meritve kakovosti go-
vora v paketnih omrežjih so razmeroma nova, a nujna
veja ugotavljanja kakovosti govornih storitev. Razvi-
jajoče se metode imajo še marsikatero pomanjkljivost,
saj postopki standardizacije še niso končani.
V prispevku smo napravili pregled pristopov k ocen-
jevanju kakovosti. Zaradi ustreznosti smo se osredotočili
na E-model, njegovo nadgradnjo in implementacijo v re-
alno vozlǐsče.
S pomočjo metod PESQ [22] in P.862.1 [33], ki sta
najbolj primerni za objektivno ocenjevanje kakovosti
govora, smo preverili pravilnost izračunavanja ocene
MOS z nadgrajenim E-modelom. Z rezultati meritev
smo dokazali dokaj točen izračun ocene MOS z nadgra-
jenim E-modelom, ki je bil prvič preizkušen v praksi.
Rezultati meritev bodo pripomogli k nadaljnjemu
razvoju algoritma, cilj pa je natančneǰse izračunavanje
ocene MOS.
7 Literatura
[1] Rec. ITU-T P.800: Methods for Subjective Determina-
tion of Transmission quality, Geneva, 1996.
[2] Rec. ITU-T P.800.1: Mean Opinion Score (MOS) Ter-
minology, 2003.
[3] Rec. ITU-T P.862: Perceptual Evaluation of Speech
Quality (PESQ), an Objective Method for End-to-end
Speech Quality Assessment of Narrowband Telephone
Networks and Speech Codecs, 2001.
[4] Rec. ITU-T P.862.1: Mapping Function for Transform-
ing P.862 Raw Result Scores to MOS-LQO, 2003.
[5] S. Broom, M. Hollier, Speech Quality Measurement
Tools for Dynamic Network Management. MESAQIN,
2003.
[6] A. Clark, Modeling the Effects of Purst Packet Loss
and Recency on Subjective Voice Quality. IP Telephony
Workshop, 2001.
[7] Rec. ITU-T G.107: The E-model, a Computational
Model for Use in Transmission Planning, 2003.
[8] A. Takahashi, H. Yoshino, Perceptual QoS Assessment
Technologies for VoIP. IEEE Communications Maga-
zine, July, 2004.
[9] P. Lamovšek, Objektivno ocenjevanje kakovosti govora
v paketnih omrežijih z uporabo E-modela. Diplomsko
delo, FE, Ljubljana, 2006.
[10] P. Lamovšek, B. Meglič, RTCP - Nadzor kakovosti RTP
prometa, Funkcijska specifikacija, Iskratel, Kranj, 2005
[11] D. Uršič, Internetna telefonija, Diplomsko delo, FE,
Ljubljana, 2001.
[12] RFC 3611: RTCP XR - RTP Control Protocol Ex-
tended Reports, November, 2003.
Iztok Humar je diplomiral leta 2000 in magistriral leta
2003 na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljub-
ljani. Od leta 2000 je tam tudi zaposlen kot asistent pri
predmetih Načrtovanje, vodenje in modeliranje teleko-
munikacijskih omrežij in Osnove elektrotehnike. Nje-
govo raziskovalno področje obsega merjenje in analizo
prometa in protokolov širokopasovnih hrbteničnih in
dostopovnih telekomunikacijskih omrežij, načrtovanje,
razvoj, nadzor, upravljanje in vodenje le-teh in razvoj
globalnih telekomunikacijskih sistemov, novih storitev
in aplikacij. Ukvarja se tudi s področjem zagotavljanja
kakovosti storitev ter njihovo evalvacijo. Je član IEEE
in IEICE.
Primož Lamovšek je diplomiral leta 2006 na Fakulteti
za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Od leta 2004
je v podjetju Iskratel, d.o.o., opravljal praktično izo-
braževanje in študentsko delo. Ukvarjal se je z razvo-
jem in implementacijo prilagojenega E-modela v sisteme
nove generacije. Od leta 2006 je zaposlen v podjetju
Landis+Gyr, d.o.o. Ukvarja se s sistemi za odčitavanje
električnih števcev prek PLC, GSM/GPRS, Ethernet,
M-Bus omrežij. Posebej ga zanimajo AMR (Automatic
Meter Reading) in AMI (Advanced Metering Infrastruc-
ture) sistemi.
Uroš Bogataj je diplomiral leta 1982, magistriral
leta 1987 in doktoriral leta 1994 na Fakulteti za elek-
trotehniko v Ljubljani. Od leta 1982 je bil zaposlen
na Inštitutu Jožef Stefan v Ljubljani, kjer se je uk-
varjal z raziskavami na področju biomedicinske tehnike
in medicinske rehabilitacije s pomočjo električne stimu-
lacije. Na tem področju je izdal več odmevnih člankov
v mednarodnih strokovnih revijah. Od leta 1997 je za-
poslen v Iskratelu, d.o.o. Ukvarja se predvsem s prob-
lematiko in razvojem diagnostike na telekomunikacijskih
sistemih. Posebej ga zanimata odkrivanje in odprav-
ljanje napak v širokopasovnih omrežjih nove generacije
na prenosni ravni in na ravni kakovosti storitev.
Brane Meglič se je po šolanju, leta 1979, zaposlil v
tedanji Iskri Telematiki in v telekomunikacijski branži
ostal vse do danes. Trenutno je zaposlen v razvojnem
oddelku podjetja Iskratel, d.o.o. Zadnjih nekaj let se uk-
varja z razvojem programske opreme za nadzor omrežij
in spremljanje pravilnosti delovanja različnih sklopov
materialne opreme. Njegovo področje je tudi razvoj
programske opreme analogne in digitalne PLL zanke za
podporo sinhronizaciji telekomunikacijskih sistemov.
Janez Bešter je doktoriral leta 1995 in je zaposlen na
Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani kot profesor in
predstojnik Laboratorija za telekomunikacije. Njegovo
raziskovalno, razvojno in pedagoško delo je povezano
s področjem načrtovanja, realizacije in vodenja teleko-
munikacijskih sistemov in storitev ter uporabo infor-
macijskih tehnologij in telekomunikacij na področju
e-izobraževanja. Kot predsednik projektnega sveta
Tehnološke mreže ICT aktivno deluje pri povezovanju
raziskovalnih institucij z gospodarstvom. Je član IEEE,
ACM, IEICE ter številnih drugih strokovnih organizacij
s področja elektronskih komunikacij.